工程材料教案-3金属的塑性变形与再结晶

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1、课程名称：《工程材料》第周，第讲次摘要授课题目（章、节）第三章金属的塑性变形与再结晶第一节金属的塑性变形第二节塑性变形对金属组织和性能的影响第三节变形组织在加热时的组织和性能变化第四节金属的热加工第五节超塑性本讲目的要求及重点难点：I目的要求】1.了解金属的塑性变形过程；2.掌握加工硬化现象；3.熟悉冷变形金属在加热过程中组织与性能的变化；4.掌握冷加工与热加工的区别。【重点】1.金属塑性变形本质；2.冷塑性变形对金属材料的组织和性能的影响；3.经冷变形的金属，在加热时的组织和性能的变化；4.冷加工与热加工的区别；【难点】加工硬化产生的原因及在生产中的利弊，

2、回复和再结晶现象，细晶粒钢强度高、塑性好的原因。内容【本讲课程的引入】在工业生产中，许多金属零件都要经过压力加工，如锻造、轧制、拉丝、挤压、冲压和切削成形，压力加工的一个基本特点就是金属或合金在外力作用下，都能或多或少地发生变形，去除外力后，永远残留的那部分变形叫塑性变形。生产中常利用塑性变形对金属材料进行压力加工；了解金属的塑性变形过程中组织和性能的变化规律，不仅对改进金属材料的加工工艺，而且对发挥材料的性能潜力，提高产品质量都具有重要意义。金属的塑性变形可分为冷塑性变形和热塑性变形两大章，在这章里我们主要讲金属的冷塑性变形。【本课程的内容】第一节金属的塑

3、性变形大家都知道实际金属材料都为多晶体，为了解多晶体金属材料的塑性变形过程，不防先看一下单晶体是怎样发生塑性变形的。一、单晶体的滑移变形金属单晶体的塑性变形有“滑移”与“李生”等不同方式，但一般大多数情况下都是以滑移方式进行的。下面我们具体看一下单晶体塑性变形的基本方式一一滑移。1•滑移的表象发生了滑移的金属试样从表面上看是什么样?如果将一个单晶体金属试样表面抛光后，经过伸长变形，再在光学显微镜下观察，可以看到试样表面出现许多条纹，这些条纹就是晶体在切应力的作用下，一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（滑移面）和一定的晶向（滑移方向）滑移产生的台阶，这些条纹称

4、为“滑移线”，在更高倍的电子显微镜下观察，一个滑移台阶实际上是一束滑移线群的集合体，称为“滑移带”。同时还能看到滑移带在晶体上的分布是不均匀的，如图3-1所示。所以说，单晶体变形时，滑移只在晶体内有限的晶面上进行，是不均匀的。因此单晶体金属的塑性变形在表面上看出现了一系列的滑移带，其塑性变形就是众多大小不同的滑移带的综合效果在宏观上的体现。2•滑移的机理前面分析已经知道，晶体的塑性变形是晶体内相邻部分滑移的综合表现。但晶体内相邻两部分之间的相对滑移，不是滑移面两侧晶体之间的整体刚性滑动，而是由于晶体内存在位错，因位错线两侧的原子偏离了平衡位置，这些原子有力求

5、达到平衡的趋势。当晶体受外力作用时，位错（刃型位错）将垂直于受力方向，沿着一定的晶面和一定的晶向一格一格地逐步移动到晶体的表面，形成一个原子间距的滑移量，如图3-2所示。一个滑移带就是上百个或更多位错移动到晶体表面所形成的台阶。图3-2滑移机理示意图3•晶体的滑移面、滑移方向及滑移系前面的分析知道，晶体上的滑移带分布是不均匀的，即塑性变形时，位错只沿一定的晶面和一定的晶向移动，（并不是沿所有的晶面和晶向都能移动的），这些一定的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向，并且这些晶面和晶向都是晶体中的密排面和密排方向，因为密排面之间和密排方向之间的原子间距最大，其原子

6、之间的结合力最弱，所以在外力作用下最易引起相对的滑动。不同金属的晶体结构不同，其滑移面和滑移方向的数目和位向不同，一个滑移面和在这个滑移面上的一个滑移方向组成一个“滑移系”，所以不同晶体结构的金属，其滑移系的数目不同，如体心立方12个，面心立方12个，密排六方12,且滑移系的数目越多则金属的塑性愈好，反之滑移系数愈少，塑性不好，且相同滑移系数目相同时，滑移方向数越多，越易滑移，塑性越好。每种晶体中都有不止一个的滑移系，受力以后哪个滑移系先滑动呢？研究表明，只有与外力接近45°取向的滑移系，才具有较大的切应力，这样的滑移系在外力作用下易于优先产生滑移，通常把这

7、种处于有利的滑移位向称为“软取向”，反之，远离45。的滑移系称为“硬取向”。4•晶体在滑移过程中的转动图3-3单晶体试样拉伸实验示意图单晶体试样在拉伸实验时（如图3-3）,除了沿滑移面产生滑移外，晶体还会产生转动。因为晶体在拉伸过程，当滑移面上、下两部分发生微小滑移时,试样两端的拉力不再处于同一直线上，于是在滑移面上形成一力偶，使滑移面产生以外力方向为转向，趋向于与外力平行的转动。可见在滑移过程中，由于晶体的转动，晶体的位向会发生变化，原来处于软取向滑移系，逐渐转向硬取向，使滑移困难，这种现象“取向硬化”，相反，原来的硬向的滑移系，将逐步趋于软位向，易于滑移

8、，称为“取向软化”。可见在滑移过程中“取向软化”和“